太阳能等可再生能源具有波动性,这意味着当太阳不照射时,发电量不足以满足需求。
然而,当太阳照射时,太阳能电池板可向电网输送大量电力,以至于电力在市场上变得毫无价值。
虚拟电厂——即由电动汽车等能源组成的分散式电池网络——有助于实现100%可再生能源系统。
可再生能源具有波动性。冬季时,当太阳不照射且风不吹时,发电量不足以满足需求。
只要燃气发电厂能够填补缺口,这就不成问题。但电网中的可再生能源越多,其间歇性问题就越严重,而出于气候保护的需要,化石燃料最终将逐步淘汰。
当太阳能电池板向电网输送大量电力,以至于电力在市场上变得毫无价值、价格甚至跌至负值时,问题便随之出现。届时,太阳能发出的电力无人需要。
能源转型令人沮丧之处在于,在这样的时段,我们拥有大量廉价电力却无处使用。
从能源“产消者”转向“灵活消费者”
如今的可再生能源仍以传统模式运行。通常被称为“产消者”的家庭业主,既生产又消费能源,在太阳照射时或电池已充满电时,将太阳能电池板发出的电力输入电网。
这些太阳能系统在某种程度上可以被称为“笨”系统,正如在今天的智能手机时代之前,老式手机只能通话,无法做其他任何事情。
相反,太阳能的未来必须是智能且互联的。“产消者”将让位于“灵活消费者”,后者融入电网,并能对市场信号做出反应。
正如自动驾驶汽车可以远程更新并不断增加功能,而车身保持不变,家用太阳能系统在硬件上看起来相同,但其软件将强大得多。
“行业耦合”是太阳能未来的关键
实现这一目标的“魔杖”是所谓的“行业耦合”——即将此前相互独立的电力、供热和燃料领域融合在一起。未来,电力还将通过热泵用于供热,并用于在家中为电动汽车充电。
实际上,电动汽车就是一个装在车轮上的大型电池。一块中型汽车电池(例如大众ID.3中档配置所用的电池)的容量为62千瓦时——相当于一户独栋住宅的家庭在6至7天内消耗的电量(约为每天8至10千瓦时)。
到2030年,仅德国一国就计划使1500万辆电动汽车上路,而通常情况下,私家车每天有23小时处于闲置状态。
这为将电动汽车用作移动储能提供了巨大潜力,并可通过智能能源管理实现智能联网与控制。双向充电(可实现电网与电动汽车之间的电力双向流动)正在推进中,不久即可投入使用。
热泵也是一种缓冲储能形式:它们通过加热水来提供采暖和热水。
在超过最低阈值的情况下,供水温度相差1至2ºC的影响可以忽略不计。如果调整热泵的运行方式,在能源价格昂贵时减少用量,在能源价格低廉时尽量增加用量,它们就有助于稳定可再生能源供应的波动。
构建家庭分散式电池网络
数十万台家用电池、电动汽车和热泵即将接入一个庞大的分散式电池网络——其容量相当于数座核电站,且具有无与伦比的灵活性。
德国可再生能源公司Enpal计划到2026年使容量超过1吉瓦,并得到越来越多类似项目的支持。
这种联网电池被称为“虚拟电厂”(VPP),它可对参与项目的家庭的发电、储能和用电进行智能管理与汇总,同时还能在电力市场上实现盈利交易。
例如,当电价非常低廉或家用太阳能电池板产生富余能量时,它会为储能设备或电动汽车充电。当因日照或风力不足导致市场电价较高时,电力则会回售至电网。
这一基于人工智能(AI)的平台使家庭业主能够节省大量成本并获得额外收入。智能融入能源市场也为逐步摆脱太阳能补贴铺平了道路。
虚拟电厂可优化能源运营
通过在日内连续交易市场中优化运营,虚拟电厂同时在缓解和更好地利用电网方面发挥着关键作用。
当电网超负荷时,它们分散储存富余电力,并根据需要将电力回输至电网。这有助于降低峰值负荷,确保发电与用电需求更为均衡地分配,并稳定电网。
我们早已认识到,实现完全依靠可再生能源的能源系统是可行的。越来越多的研究表明,100%可再生能源系统既切实可行,又具有成本效益。
我们拥有充足的风能、太阳能、生物能、水电和储能资源,但这一切不会自动实现。在逐步淘汰化石燃料能源的同时,我们还需要逐步转向可再生能源。
